高等級(jí)公路高聚物注漿快速修復(fù)技術(shù)

薛丹璇，郝東旭，張興宇

(中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 天津市 300074)

公路建成后在運(yùn)營(yíng)期間，受行車荷載、施工質(zhì)量、環(huán)境條件等多種因素的影響，半剛性基層瀝青路面較易發(fā)生路面裂縫、車轍、局部網(wǎng)裂沉陷和松散凹槽等典型病害。目前傳統(tǒng)的維修技術(shù)以直接加鋪、開挖換填等技術(shù)為主，耗時(shí)長(zhǎng)且花費(fèi)高，已不能滿足日益繁重的公路養(yǎng)護(hù)維修的需求。針對(duì)公路快速修復(fù)的實(shí)際需要，采用高聚物快速注漿修復(fù)技術(shù)可快速、無損修復(fù)路面，而注漿材料和注漿工藝是控制修復(fù)效果的關(guān)鍵因素。因此，有必要根據(jù)公路路基路面的特點(diǎn)，從注漿材料、注漿工藝、注漿技術(shù)方案等方面，對(duì)高等級(jí)公路高聚物注漿快速修復(fù)技術(shù)開展進(jìn)一步研究。

1 高聚物注漿技術(shù)注漿機(jī)理

1.1 注漿材料

高聚物注漿技術(shù)是20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來的一種工程維修技術(shù)，在國(guó)外主要用于工業(yè)與民用建筑物的地基加固和地板抬升，近年來引入道路工程，用于公路的典型病害修復(fù)。高聚物注漿材料主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)難溶性，高聚物材料除汽油等油類，一般不溶于其他溶劑。

(2)高膨脹性，高聚物材料在芳香族氧化物溶劑里，發(fā)生反應(yīng)后會(huì)迅速膨脹，膨脹比高達(dá)20∶1，干燥后即恢復(fù)材料本來的性能。

(3)穩(wěn)定性高，耐久性好。高聚物材料的化學(xué)性質(zhì)為中性，一般不易發(fā)霉，也不易招致昆蟲等生物。同時(shí)，該類材料不易與一般酸堿鹽溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，穩(wěn)定耐久。

(4)不宜長(zhǎng)期放置在陽光下，易發(fā)生變黃、變脆現(xiàn)象，但材料一般是注入地下使用，影響很小。

1.2 注漿機(jī)理

高聚物注漿技術(shù)的注漿機(jī)理，主要是通過向地基內(nèi)注入多組份高聚物材料，利用材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后的高膨脹性，填充脫空和裂縫等位置，實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)路面內(nèi)部病害，從而增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提升地基承載力。其原理如圖1所示。

具體來講，利用樹脂材料能夠制作低密度、熱固性的聚合物材料，其具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，優(yōu)良的防水性能，且難以降解。當(dāng)兩類液態(tài)樹脂接觸產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)時(shí)，能夠釋放500kPa(50t/m2)到10,000kPa(1000t/m2)的膨脹力，用于抬升路面或深層注漿。

采用高聚物注漿技術(shù)進(jìn)行路面修補(bǔ)時(shí)，應(yīng)根據(jù)病害的特征，利用特定設(shè)備將高聚物材料注入指定的一個(gè)或幾個(gè)不同的深度，使材料在反應(yīng)之前流向路面脫空、裂縫等病害處。材料具有良好的彈性和抗拉強(qiáng)度，固化后不會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生額外的作用力，只來源于路面自身荷載。

通常高聚物材料的膨脹速度極快，不易在路面下發(fā)生分散現(xiàn)象。一般情況下，材料的膨脹位置會(huì)集中于受阻力較小的方向，也就是土基中最軟弱的地方。材料膨脹后可進(jìn)一步壓密土基，其中上方阻力最小，隨著體積的增大即可抬升路面面板。

2 高聚物注漿技術(shù)主要特點(diǎn)

高聚物注漿技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)輕質(zhì)：高聚物的材料密度較低，約150～800kg/m3，低于水泥漿或?yàn)r青材料的十分之一。針對(duì)存在軟弱病害的路面結(jié)構(gòu)，維修后產(chǎn)生的附加應(yīng)力小。

(2)膨脹：高聚物材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后體積快速增大，可填充任意脫空、松散位置。

(3)早強(qiáng)：高聚物材料可迅速固化，在15min內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)其最大強(qiáng)度的90%。同時(shí)具備優(yōu)良的彈性和抗拉強(qiáng)度，足以達(dá)到實(shí)際工程應(yīng)用的目標(biāo)。

(4)耐久：高聚物材料耐久穩(wěn)定，能夠保證在長(zhǎng)達(dá)十年時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生收縮和變質(zhì)現(xiàn)象。

(5)防水：注漿的高聚物材料防水性能良好，即使在潮濕情況下，材料在注漿前后均不受影響。固化后還可防止水的滲透，對(duì)路面裂縫、接縫等具有良好的密封作用。

(6)安全：高聚物材料的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在國(guó)外經(jīng)過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，符合美國(guó)環(huán)保署的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)環(huán)境無污染，不易發(fā)霉。

(7)快速：該注漿技術(shù)相比傳統(tǒng)的維修技術(shù)便捷、簡(jiǎn)單，無需養(yǎng)生，可有效提升施工效率。同時(shí)注漿后能夠迅速放車通行，對(duì)交通影響較小，對(duì)于交通量較大的公路更具優(yōu)勢(shì)。

(8)微創(chuàng)：注漿孔直徑約16mm，可最大降低對(duì)路面結(jié)構(gòu)的損傷。

(9)可控：整個(gè)注漿流程可利用激光水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能將抬升精度把控至小于2.5mm，從而有效保障路面修補(bǔ)的質(zhì)量。

(10)用途廣：高聚物注漿技術(shù)不僅能應(yīng)用到公路、隧道、機(jī)場(chǎng)路面典型病害處治等，還可以用于工業(yè)與民用建筑的地基加固。

3 半剛性基層高聚物注漿快速修復(fù)技術(shù)

高聚物注漿技術(shù)在路面工程中，常用于治理裂縫、脫空、修補(bǔ)塊、唧漿等典型病害，對(duì)于不同的病害現(xiàn)場(chǎng)注漿技術(shù)方案不同。這里針對(duì)一般的半剛性基層的脫空、唧泥等病害，提出了半剛性基層高聚物注漿快速修復(fù)技術(shù)，主要施工工藝流程如圖2所示。

3.1 注漿前檢測(cè)

采用落錘式彎沉儀(FWD)測(cè)量準(zhǔn)備注漿路段的彎沉值：

(1)荷載設(shè)置：50kN；

(3)測(cè)點(diǎn)間距：測(cè)點(diǎn)距裂縫約25cm。

3.2 注漿孔布置

(1)連續(xù)維修路段，注漿孔按縱向間距1.5m、橫向間距1.25m均勻布置(如圖3)。

(2)處理裂縫時(shí)，注漿孔沿裂縫兩邊交叉布置，注漿孔距離裂縫0.25m，沿縫間距1m(如圖4)。

3.3 高聚物注漿孔直徑及深度

注漿孔直徑約1.6cm，需鉆至路基頂面。注漿管置于基層中間。具體深度根據(jù)結(jié)構(gòu)層情況確定(如圖5)。鉆孔要求采取必要措施，盡量將廢料收集并清除。

3.4 注漿壓力

注漿壓力約7MPa，將高聚物材料壓到注漿位置。

3.5 高聚物注漿實(shí)施

用注射槍將雙組分高聚物通過注射管注入相應(yīng)加固維修位置。注漿量根據(jù)彎沉檢測(cè)結(jié)果確定。

3.6 注漿后檢測(cè)

利用落錘式彎沉儀(FWD)對(duì)注漿路段進(jìn)行彎沉檢測(cè)，分析評(píng)價(jià)注漿效果。對(duì)注漿不足點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)注。

1.2 試劑、探針、試劑盒 HER-2/neu(17q12)/CSP17探針、組織預(yù)處理試劑盒、原位雜交用蛋白酶(胃蛋白酶工作液)均購于廣州安必平醫(yī)藥科技股份有限公司。

3.7 封孔

注漿完成后，注漿孔用道路密封膠填充，以防止路面進(jìn)水。

3.8 注漿質(zhì)量控制

(1)注漿后需填充脫空，不抬升路面；

(2)注漿前應(yīng)對(duì)所有裂縫進(jìn)行彎沉檢測(cè)，測(cè)點(diǎn)距裂縫約25cm；

(3)注漿前彎沉值大于300μm的點(diǎn)，注漿后應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，以評(píng)價(jià)高聚物注漿效果；

(4)注漿前后彎沉值應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

表1 注漿前后彎沉值標(biāo)準(zhǔn)

(5)若注漿完成后，測(cè)量彎沉值不符合表1標(biāo)準(zhǔn)，則必須進(jìn)行補(bǔ)注，直到達(dá)標(biāo)。

上述施工方案能夠快速處治下列病害：基層脫空(及積水)、底基層脫空(及唧泥)、路基不密實(shí)、封堵裂縫(自下而上)。

4 加載式高聚物注漿技術(shù)

對(duì)于一般的半剛性基層的脫空、唧泥等病害，如果半剛性基層結(jié)構(gòu)完好，采用上述施工技術(shù)可以很好地進(jìn)行修復(fù)，然而也會(huì)出現(xiàn)面層或基層松散的半剛性基層路面或者柔性基層(如碎石基層)路面。針對(duì)這種情況，假設(shè)其基層無法構(gòu)成一個(gè)完整的有機(jī)結(jié)合整體，若直接利用上述施工工藝，則會(huì)出現(xiàn)高聚物材料膨脹后將路面頂起的現(xiàn)象。因此，提出一種加載式高聚物注漿技術(shù)，避免這種情況的發(fā)生。

加載式高聚物注漿技術(shù)是建立在常規(guī)高聚物注漿施工的基礎(chǔ)之上，在道路表面設(shè)置附加的荷載，來避免高聚物注漿時(shí)出現(xiàn)路面頂起的現(xiàn)象。圖6是加載式高聚物注漿施工示意圖。

5 結(jié)語

高等級(jí)公路高聚物注漿快速修復(fù)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于快速修復(fù)公路的典型病害，不同路面施工工藝不同，針對(duì)一般的半剛性基層的脫空、唧泥等病害，提出了半剛性基層高聚物注漿快速修復(fù)技術(shù)的主要施工工藝流程，嚴(yán)格按照施工工藝可保證注漿效果良好。針對(duì)出現(xiàn)面層或基層松散的半剛性基層路面或者柔性基層(如碎石基層)路面，其基層無法構(gòu)成一個(gè)完整的有機(jī)結(jié)合整體，提出一種加載式高聚物注漿技術(shù)，避免出現(xiàn)高聚物材料膨脹后將路面頂起的問題。